Générateur hydroélectrique à énergie alternative de 500 kW, turbine Francis, en Ouzbékistan
La turbine Francis est une turbine combinant les principes de la turbine à impulsion et de la turbine à réaction. Ses pales tournent grâce à la force d'impulsion et de réaction de l'eau qui les traverse, ce qui permet une production d'électricité plus efficace. La turbine Francis est principalement utilisée dans les centrales hydroélectriques de moyenne et grande taille.
Ces turbines peuvent être utilisées pour des hauteurs de chute allant de 2 à 300 mètres. De plus, elles présentent l'avantage de fonctionner aussi bien horizontalement que verticalement. L'eau traversant une turbine Francis subit une perte de pression, mais conserve une vitesse sensiblement constante ; on la qualifie donc de turbine à réaction.
La description du schéma des principaux composants de chaque turbine Francis est la suivante.
Gaine spiralée
La conduite spiralée sert d'entrée d'eau à la turbine. L'eau provenant du réservoir ou du barrage y est acheminée sous haute pression. Les pales de la turbine étant disposées circulairement, l'eau qui les frappe doit s'écouler selon un axe circulaire pour un fonctionnement optimal. C'est pourquoi on utilise une conduite spiralée ; cependant, ce mouvement circulaire de l'eau entraîne une perte de pression.
Pour maintenir la même pression, le diamètre du carter est progressivement réduit, assurant ainsi une quantité de mouvement ou une vitesse uniforme sur les aubes de la roue.
Ailettes de maintien
Les aubes directrices et les aubes de blocage dirigent l'eau vers les pales de la roue. Les aubes de blocage restent fixes et réduisent les tourbillons d'eau dus à l'écoulement radial à leur entrée dans les pales, améliorant ainsi le rendement de la turbine.
aubes directrices
Les aubes directrices ne sont pas fixes ; leur angle varie en fonction des besoins afin de contrôler l’angle d’incidence de l’eau sur les pales de la turbine et ainsi optimiser son rendement. Elles régulent également le débit d’eau alimentant la roue, contrôlant de ce fait la puissance de la turbine en fonction de sa charge.
Lames de course
Les aubes de la roue sont l'élément central de toute turbine Francis. Ce sont les points de contact du fluide, et la force tangentielle de l'impact entraîne la rotation de l'arbre de la turbine, générant ainsi un couple. Il est donc essentiel de porter une attention particulière à la conception des angles d'entrée et de sortie des aubes, car ce sont des paramètres majeurs qui influent sur la production d'énergie.
Les pales de la roue sont composées de deux parties. La partie inférieure, en forme de petit godet, actionne la turbine grâce à l'impulsion de l'eau. La partie supérieure, quant à elle, exploite la force de réaction de l'eau qui la traverse. La rotation de la roue est assurée par ces deux forces.
Tube de tirage
La pression à la sortie de la roue de la turbine à réaction est généralement inférieure à la pression atmosphérique. L'eau à la sortie ne peut être directement évacuée vers le canal de fuite. Un tube ou une conduite à section croissante est utilisé pour évacuer l'eau de la sortie de la turbine vers le canal de fuite.
Ce tube à section croissante est appelé tube d'aspiration. Une de ses extrémités est reliée à la sortie de la roue de traînée, tandis que l'autre est immergée dans le canal de fuite.
Principe de fonctionnement d'une turbine Francis (avec schéma)
Les turbines Francis sont couramment utilisées dans les centrales hydroélectriques. Dans ces centrales, l'eau sous haute pression pénètre dans la turbine par la volute, une enveloppe en forme de coquille d'escargot. Ce mouvement diminue la pression de l'eau lorsqu'elle circule dans le tube ; cependant, sa vitesse reste constante. Après son passage dans la volute, l'eau traverse les aubes directrices et est dirigée vers les pales de la roue selon des angles optimaux. En traversant les pales incurvées avec précision, l'eau est légèrement déviée latéralement, ce qui réduit son mouvement de rotation. L'eau est également déviée axialement pour sortir par un tube d'aspiration vers le canal de fuite.
Le tube mentionné réduit la vitesse de l'eau à la sortie afin d'en extraire un maximum d'énergie. La déviation de l'eau à travers les pales de la roue génère une force qui les propulse de l'autre côté du courant. Cette force de réaction (d'après la troisième loi de Newton) permet de transmettre l'énergie de l'eau à l'arbre de la turbine, assurant ainsi sa rotation. Puisque la turbine se met en mouvement grâce à cette force de réaction, les turbines Francis sont qualifiées de turbines à réaction. La modification du sens d'écoulement de l'eau entraîne également une diminution de la pression à l'intérieur de la turbine.
Avantages du produit
1. Capacité de traitement complète. Par exemple, opérateur de tour vertical CNC 5M, aléseuses de plancher CNC 130 et 150, four de recuit à température constante, fraiseuse-raboteuse, centre d'usinage CNC, etc.
2. Durée de vie prévue : plus de 40 ans.
3. Forster offre une prestation de service sur site gratuite unique si le client achète trois unités (capacité ≥ 100 kW) au cours d'une année, ou si le montant total est supérieur à 5 unités. Cette prestation comprend l'inspection des équipements, la vérification du nouveau site, la formation à l'installation et à la maintenance, etc.
4. OEM accepté.
5.Usinage CNC, test d'équilibrage dynamique et traitement de recuit isotherme, test CND.
6. Capacités de conception et de R&D : 13 ingénieurs seniors expérimentés en conception et recherche.
7. Le consultant technique de Forster a travaillé sur le domaine des turbines hydroélectriques pendant 50 ans et a reçu une allocation spéciale du Conseil d'État chinois.
Vidéo d'un générateur à turbine Francis de 500 kW
